应4.1_4.2划时代的发现探究感应电流的产生条件课件新人教版选修3_2.ppt

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1、第四章 电 磁 感 应 1 划时代的发现 2 探究感应电流的产生条件,一、划时代的发现 1.奥斯特梦圆“电生磁”: 1820年,丹麦物理学家_发现了电流的磁效应。,奥斯特,2.法拉第心系“磁生电”: 1831年,英国物理学家_发现了“磁生电”的 现象,这种现象叫作_,产生的电流叫作_ _。,法拉第,电磁感应,感应,电流,3.法拉第对引起感应电流的原因的五类概括:,磁场,电流,运动,运动,磁场,二、探究感应电流的产生条件 1.探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图所示):,A,B,2.探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图所示):,有,无,有,A,B,3.模拟法拉第的实验(如图所示):,

2、有,有,无,有,A,B,4.感应电流产生的条件:只要穿过闭合导体回路的 _发生变化,闭合导体回路中就会产生感应电流。,磁通量,【思考辨析】 (1)线圈和磁场发生相对运动时,线圈中一定有感应电流产生。 ( ) (2)穿过电路中有磁通量时,电路中就有感应电流产生。( ),(3)穿过电路中有磁通量变化时,电路中就有感应电流产生。 ( ) (4)穿过闭合电路中发生磁通量变化时,电路中一定有感应电流产生。 ( ),提示:(1)。产生感应电流的条件:一是电路要闭合,二是穿过闭合电路的磁通量发生变化,线圈和磁场发生相对运动时磁通量不一定变化。 (2)。穿过电路中的磁通量不一定变化而且电路不一定闭合。,(3)

3、。不一定满足电路闭合的条件。 (4)。根据产生感应电流的条件可以判断,此时电路中一定有感应电流产生。,【生活链接】 瑞士科学家科拉顿用条形磁铁在线圈中进行插进和抽出的实验时,为了排除磁铁对电流表的影响,把电流表和线圈分别放在两个房间里,如图所示。他在两个房间跑来跑去,能否观察到线圈中产生的感应电流呢?,提示:不能看到,因为他把条形磁铁插入或拔出时有感应电流通过在另一个房间的电流表,但他看不到电流表指针的偏转;当他跑过去时线圈中的磁通量不再变化,没有感应电流通过电流表了。,你见过这种风力发电机吗?它巨大的风叶转动还是静止的时候发电呢?,提示:连着发电机叶片转轴的地方有一个在磁场中的线圈,当风叶转

4、动时也带动磁场中的线圈转动,通过线圈的磁通量发生变化产生感应电流,所以风叶转动时才能发电。,知识点一 磁通量和磁通量的变化 探究导入: 如图甲,竖直向下的匀强磁场中,水 平放置一正方形线框;如图乙,竖直 向下的匀强磁场中,平行磁感应强 度的方向放置正方形线框;若线框的面积是S,磁感应强 度为B,试求两种情况下,穿过线框的磁通量分别是多少?,提示:甲图中,穿过线框的磁通量=BS,乙图中,穿过线框的磁通量=0。,【归纳总结】 1.对磁通量的理解: (1)磁通量表示穿过某一面积的磁感线条数的多少。 (2)磁通量是标量,但是有正负。磁通量的正负不代表大小,只表示磁感线是怎样穿过平面的。即若以向里穿过某

5、面的磁通量为正,则向外穿过这个面的磁通量为负。,(3)某面积内有相反方向的磁场时,分别计算不同方向的磁场的磁通量,然后规定某个方向的磁通量为正,反方向的磁通量为负,求其代数和。,2.磁通量的计算: (1)B与S垂直时(匀强磁场中),=BS。B指匀强磁场的磁感应强度,S为线圈的面积。,(2)B与S不垂直时(匀强磁场中),=BS。S为线圈在垂直磁场方向上的投影,S=Ssin,称之为有效面积,如图甲所示。或者=BS。B为磁感线B垂直线圈平面方向上的分量,B=Bsin,如图乙所示。两者磁通量相等,=BSsin。,3.磁通量变化的三种情况:,(1)磁感应强度B不变,闭合电路的面积S发生变化。如图a。 (

6、2)闭合电路的面积S不变,磁感应强度B发生变化。如图b。 (3)磁感应强度B和闭合电路的面积S都不变,它们之间的夹角发生变化。如图c。,【易错提醒】 (1)S是指闭合回路中包含磁场的那部分的有效面积。 (2)磁通量与线圈的匝数无关,也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响。同理,磁通量的变化量=2-1也不受线圈匝数的影响。所以,直接用公式求、时,不必去考虑线圈匝数n。,【典题通关】 考查角度1 对磁通量的理解 【典例1】如图所示, 两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。 圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合, 则穿过a、b两线圈的磁通量之比为 ( ) A.11 B.12 C.14 D.41,【正确

7、解答】选A。因为两个线圈的有效面积相同,所以磁通量相同,或者利用磁通量定义即穿过线圈的磁感线的条数判断。A项正确。,考查角度2 磁通量的变化量 【典例2】 如图所示的线框,面积为S,处于磁 感应强度为B的匀强磁场中，B的 方向与线框平面成角，当线框转过90到如图所示的虚线位置时,试求: (1)初、末位置穿过线框的磁通量1和2。 (2)磁通量的变化量。,【审题关键】,【正确解答】(1)方法一:在初始位置,把面积向垂直于磁场方向进行投影,可得垂直于磁场方向的面积为S=Ssin ,所以1=BSsin 。在末位置,把面积向垂直于磁场方向进行投影,可得垂直于磁场方向的面积为S=Scos 。由于磁感线从反

8、面穿入,所以2=-BScos 。,方法二:如果把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S进行分解,如图所示,则B上=Bsin ,B左=Bcos 有1=B上S=BSsin 2=-B左S=-BScos 。,(2)开始时B与线框平面成角,穿过线框的磁通量1=BSsin ;当线框平面按顺时针方向转动时,穿过线框的磁通量减少,当转动时,穿过线框的磁通量减少为零,继续转动至90时,磁通量从另一面穿过,变为“负”值,2=-BScos 。所以,此过程中磁通量的变化量为,=2-1=-BScos -BSsin =-BS(cos +sin )。 答案:(1)BSsin -BScos (2)-BS(cos +sin

9、),【误区警示】磁通量变化应注意的问题 (1)求解磁通量的变化量时要取有效面积。 (2)磁通量的变化量与线圈的匝数无关。 (3)磁感线从不同侧面穿过线圈时磁通量的正负不同。,【过关训练】 1.如图所示, ab是水平面上一个圆的直径,在过 ab的竖直平面内有一根通电导线ef。 已知ef平行于ab,当ef竖直向上平移 时,穿入磁场圆面积的磁通量将( ) A.逐渐增大 B.逐渐减小 C.始终为零 D.不为零,但保持不变,【解析】选C。利用安培定则判断直线电流产生的磁场,作出俯视图如图所示。考虑到磁场具有对称性,可以知道,穿入线圈的磁感线的条数与穿出线圈的磁感线的条数是相等的。故选C。,2.如图所示,

10、半径为R的圆形线圈共 有n匝,其中心位置处半径为r的范 围内有匀强磁场,磁场方向垂直线 圈平面,若磁感应强度为B,则穿过 线圈的磁通量为 ( ) A.BR2 B.Br2 C.nBR2 D.nBr2,【解析】选B。由磁通量的定义式知=BS=Br2;故B正确。,【补偿训练】 1.如图所示,通电螺线管水平固定,OO为其轴线,a、b、c三点在该轴线上,在这三点处各放一个完全相同的小圆环,且各圆环平面垂直于OO轴。则关于这三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系及穿过三个小圆环的磁通量a、b、c的大小关系,下列判断正确的是 ( ),A.Ba=Bb=Bc,a=b=c B.BaBbBc,aBbBc,abc

11、 D.BaBbBc,a=b=c,【解析】选C。靠近螺线管的地方磁场强,由图知,a、b、c三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系为BaBbBc;三个小圆环的面积相同,根据磁通量的定义=BS可知,abc,所以A、B、D错,C正确。,2.一磁感应强度为B的匀强磁场,方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成角,将abcd绕ad轴转180角,则穿过线圈平面的磁通量的变化量为( ) A.0 B.2BS C.2BScos D.2BSsin,【解析】选C。开始时穿过线圈平面的磁通量为 1=BScos,后来穿过线圈平面的磁通量为 2=-BScos,则磁通量的变化量为=

12、|2-1| =2BScos。,知识点二 感应电流产生的条件 探究导入: 如图甲、乙所示。,(1)穿过闭合回路的磁通量是否发生改变? (2)闭合回路中有无感应电流?,提示:(1)图甲穿过闭合回路的磁通量发生改变;图乙穿过闭合回路的磁通量没有发生改变。 (2)图甲闭合回路中有感应电流;图乙闭合回路中没有感应电流。,【归纳总结】 1.感应电流产生条件的理解: (1)不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然产生感应电流。 (2)只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。,2.与的区别:与意义不同,大小也没有必然的联系。感应电流的产生与无关,只

13、取决于的变化,即与有关。,【特别提醒】 (1)应用感应电流产生的条件时,因为初中没有引入磁通量的概念,所以高中阶段的叙述更严密。 (2)磁感线形象地描述磁通量,可以利用穿过闭合电路的条数是否发生变化来判断某过程中磁通量是否发生变化。,【典题通关】 【典例】如图所示,两个线圈绕在同一个铁环上,线圈A 接直流电源,线圈B接灵敏电流表,下列哪种情况不能使 线圈B中产生感应电流 ( ),A.将开关S接通或断开的瞬间 B.开关S接通一段时间之后 C.开关S接通后,改变变阻器滑片的位置时 D.拿走铁环,再做这个实验,开关S接通或断开的瞬间,【正确解答】选B。A、C、D选项符合变化的磁场(变化的电流产生变化

14、的磁场)产生感应电流的现象。而开关S接通一段时间之后,A线圈中是恒定电流,不能在B线圈中产生变化的磁场,故不能使B线圈中磁通量发生变化而产生感应电流,故选B。,【规律方法】感应电流产生条件的理解和应用 (1)磁通量可以用穿过某一面积的磁感线条数表示,也可以用公式=BS计算(式中B为匀强磁场的磁感应强度,S为有磁感线穿过的且与B垂直的有效面积)。 (2)磁通量尽管是标量,但它有正负,若穿过某一平面的磁场有两个方向,则穿过这一面积的磁通量应为抵消后的合磁通量。,(3)不管是B变,还是S变,或是B、S间的夹角变,只要磁通量发生变化了,无论有没有导体切割磁感线,闭合回路中一定有感应电流产生;只要磁通量

15、不发生变化,即使有导体切割磁感线,闭合回路中也不会产生感应电流。,【过关训练】 1.为观察电磁感应现象,某学生将电流表、螺线管A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路。当接通和断开开关时,电流表的指针都没有偏转,其原因是 ( ),A.开关位置接错 B.电流表的正、负极接反 C.线圈B的3、4接头接反 D.蓄电池的正、负极接反,【解析】选A。因感应电流产生的条件是闭合电路中的磁通量发生变化,由电路图可知,把开关接在B与电流表之间,因与1、2接头相连的电路在接通和断开开关时,电流不改变,所以不可能有感应电流,电流表也不可能偏转,开关应接在A与电源之间。,2.(多选)如图所示,导线框MNQ

16、P右侧附近有一个跟它在同一竖直平面内的矩形线圈abcd,且PQad,下列说法正确的是 ( ),A.当电阻变大时,abcd中有感应电流 B.当电阻变小时,abcd中有感应电流 C.电阻不变,将abcd在其原来所在的平面内向PQ靠近时,其中有感应电流 D.电阻不变,将abcd在其原来所在的平面内竖直向上运动时,其中有感应电流,【解析】选A、B、C。当电阻变大时,导线框MNQP中电 流减小,PQ产生的磁场减弱,穿过线圈abcd的磁通量减 小,则在其中产生感应电流,A正确;同理,当电阻变小时, 导线框MNQP中电流增大,PQ产生的磁场增强,穿过线圈 abcd的磁通量增加,在其中产生感应电流,B正确;电

17、阻 不变,将abcd线圈向PQ靠近时,穿过它的磁通量增加,其中会产生感应电流,C正确;电阻不变,将线圈abcd在其原来所在的平面内竖直向上运动时,穿过它的磁通量不变,故不会在其中产生感应电流,D错误。故选A、B、C。,【补偿训练】 1.(多选)在匀强磁场中有两条平行 的金属导轨,磁场方向与导轨平面 垂直;导轨上有两条可沿导轨自由 移动的导体棒AB、CD,这两个导体棒的运动速度分别为v1,v2,如图所示,则下列四种情况,AB棒中有感应电流通过的是( ) A.v1v2 B.v1v2 C.v1v2 D.v1=v2,【解析】选A、B、C。只要闭合电路的磁通量发生变化,闭合回路中就有感应电流产生。题中导

18、轨位于匀强磁场中,只要满足v1v2,回路的面积发生变化,从而磁通量发生变化,回路中就有感应电流产生。,2.在纸面内放有一条形磁铁和一个位于磁铁正上方的圆形线圈(如图所示),下列情况中能使线圈中产生感应电流的是 ( ) A.将磁铁在纸面内向上平移 B.将磁铁在纸面内向右平移 C.将磁铁绕垂直纸面的轴转动 D.将磁铁的N极向纸外转,S极向纸内转,【解析】选D。将磁铁向上平移、向右平移或绕垂直纸面的轴转动,线圈始终与磁感线平行,磁通量始终为零,没有变化,不产生感应电流。所以A、B、C均不正确;将磁铁的N极向纸外转,S极向纸内转,穿过线圈的磁通量增加,线圈中产生感应电流,所以D项正确。,【拓展例题】考

19、查内容:电路动态变化引起的感应电流 【典例】(多选)如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、 滑动变阻器和开关组成闭合回路,在铁芯的右端套有一 个表面绝缘的铜环A,下列各种情况中铜环A中有感应电 流的是 ( ),A.线圈中通以恒定的电流 B.通电过程中,使变阻器的滑片P做匀速移动 C.通电过程中,使变阻器的滑片P做加速移动 D.将开关突然断开的瞬间,【正确解答】选B、C、D。线圈中通以恒定的电流,铜环A中磁通量不变,铜环A中没有感应电流,故选项A错;变阻器的滑片P做匀速、加速移动时,电路中电阻变化,从而引起线圈中电流变化,磁场强弱发生变化,则铜环A中磁通量发生变化,铜环A中有感应电流,故选项B、C正

20、确;将开关突然断开的瞬间,线圈中电流变为零,铜环A中磁通量减少,铜环A中有感应电流,故选项D正确。,科学技术社会环境跳绳中的电磁感应问题 【命题素材】 这是一个多人参与的跳绳活动,只不过是 用导线连接一个灵敏电流计,形成闭合回 路。两名同学摇动导线时,能否产生感应 电流,以及与两名同学所站的位置的关系。,【信息提取流程】 1.信息定位:电路是否闭合,穿过闭合电路的磁通量是否发生变化。 2.物理模型:导线和电流表形成闭合电路,摇线时闭合电路垂直磁场的面积发生变化。 3.物理知识:感应电流产生的条件。 4.结果讨论:两同学所站的位置不与磁场平行,摇动导线时能产生感应电流。,【案例示范】导线连接一个灵敏电流计,形成闭合回路。两名同学手持部分导线(如【命题素材】图),能产生感应电流的情况是 ( ) A.两名同学南北站立摇动导线 B.两名同学南北站立不摇动导线 C.两名同学东西站立摇动导线 D.两名同学东西站立不摇动导线,【解析】选C。两名同学南北站立,磁场与两位同学的位置平行,摇线和不摇线时穿过闭合电路的磁通量都不发生变化,不产生感应电流,选项A、B错误;两名同学东西站立,磁场与两位同学的位置垂直,摇线时穿过闭合电路的磁通量发生变化,产生感应电流,不摇线时穿过闭合电路的磁通量不发生变化,不产生感应电流,选项C正确,D错误。,